第一章 煤及煤层气地质学

煤层气储层 一般小于1500米 较可靠 滚动勘探开发 吸附于煤系地层中（大部分）
5、气成分
6、储层孔隙结构 7、渗透性 8、开采范围 9、井距 10、储层压力 11、产出机理 12、初期单井产量 13、增产措施 14、钻井及生产工 艺
烃类气体，主要是C
多为单孔隙结构， 渗透率较高，对应力不敏感 在圈闭范围内
强磁导引连通技术
v
强磁导引连通技术
主井眼
煤岩地应力、渗透率与割理系统关系
煤层实时跟踪与井眼轨迹控制技术
36
煤层气井排采技术取得重要认识
煤岩强应力敏感特性使其在强抽排条件下引起渗透性下降
渗透率（10-3μm2）
229.74
218.38 448.12
铁法 沁水阳泉
135.49 94.04 229.53 691.79
75.06
截至2008年底，全国累计探明煤层气地质储量1180亿m3，探明率很低，仅为0.27%。
煤层气矿权分布广
全国煤层气矿权面积 6.48万平方公里 其中，中石油煤层气矿 权面积24650.1平方公里； 中石化矿权面积3122.8平 方公里；中联煤矿权面积 16856.5平方公里； 其它单位矿权面积 16935.4平方公里。
煤层气资源量大于1
中国煤层气资源主要分布图
万亿m3的盆地包括：
鄂尔多斯、准噶尔、 沁水、滇黔桂、吐哈、 二连、海拉尔及伊犁 盆地 ； 8个盆地总资源量达 28万亿m3。
滇黔桂3.5
准噶尔3.8 伊犁1.2 吐哈2.1
海拉尔1.6
二连2.0
沁水3.6 鄂尔多斯9.2
4
储量探明率低
全国煤层气探明储量表
2 7/8”油管× 469.22m 490.2-495.2造穴
178mm套管×548.23m
496m以下填砂
35
集成多分支水平井钻井技术，大规模提高产量
多分支水平井单井日产量超过20000m3
煤层识别与跟踪技术（LWD)‫‏‬
Cave well
井眼轨迹设计技术
洞穴连通对接技术
主水平井眼方向 min Kmin max Kmax Cave
500
美国产量数据 中国产量预测 中国历年瓦斯抽放量
产量（亿立方米）
400 300 200 100 0 1980 1990 2000
2010 年份
2020
2030
截至2007年底，已登记煤层气勘探区块100个（探矿权98个，采矿 权2个），总面积6.5万平方千米 2007年全国煤层气地面产能超过10亿立方米，产量5亿立方米。煤 层气开发的企业主要有中联煤、中石油、中石化、晋煤集团等，集 中在山西沁水盆地南部和辽宁省
行商业性煤层气生产。
美国粉河盆地褐煤煤层气开发
PRB 历年煤层气井数量
18000 16000 14000 12000
关井 生产井
井数
10000 8000 6000 4000 2000 0
1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 时间（年代）
3500m3，产气16.0×104m3，最高日产量达
9428m3/d，在正常排采情况下，日产气量可稳定 在6000～7900m3 。
现已建成37口煤层气生产井网和配套的集气
、售气设施。
3、准噶尔盆地
面积：15万平方公里
资源量：3.8万亿立方米
煤层：T-J， 构造：相对稳定
煤层埋深：1000米左右
31
减少煤层伤害
提高机械钻速、 缩短钻井周期
降低井漏风险 有利于防斜打快 降低成本
600m井深纯钻进时间2-4天；建井周期比常规钻井缩短10-15天
33
压裂及储层改造技术有效提高储层渗透率
压裂增产技术
短半径径向水力喷射技术 有效增加解吸半径和解吸面积； 减少压裂液对煤层的伤害； 低成本、见效快 在沁水煤层气田、大宁-吉县地区、宁武盆 地南部应用，监测裂缝延伸长度80-120m，获 得了稳定的产气效果。 34
单位 含煤区 探明面积 （km2） 探明储量 (亿m3) 可采储量 (亿m3) 开发 方式 地 面 开 发 井 下 抽 采
中国石油
中联公司 合计 铁法煤业 阳泉煤业 合计 总计
沁水、韩城
沁水潘庄、枣园
298.06
164.20 462.26
509.47
402.18 911.65 77.30 191.34 268.64 1180.29
1-C495%以上是甲烷
双孔隙结构，微孔和裂隙发育 渗透率较低，对应力敏感 大面积连片开采 小，必须采用井网，井的数量较多 欠压或常压
大，可采用单井，一般用少量生 产井开采
超压或常压
气体在自然压力下向井筒渗流， 需要排水降压，气体在压力下降后解吸， 井口压力大 在微孔中扩散，然后经裂隙渗流到井筒 高 一般不需要 较简单 低 一定需要 较复杂，需要人工提升排水采气。
立方米；加拿大
煤层气开发极为 活跃，2007年产
加拿大煤层气产量增长状况
60
年产量（亿立方米）
量60亿立方米；
澳大利亚煤层气 产量也达18亿立
40
20
0 2000 2001 2002 2003 2004 年份 2005 2006 2007
方米
预计2010年产量100亿立方米，其中地面抽采50亿立方米；2020年产量 300亿立方米；2030年产量500亿立方米，与美国现阶段产量相当。
到2003年底，共有煤层气井 16000余口；其中生产井 12150口，关井3960口
由于管理和环境法律的不同，煤层 气井绝大部分分布在怀俄明州
美国煤层气产量增长状况
600
美国煤层气产业
发展迅速，2007 年产量已达540亿
年产量（亿立方米）
500 400 300 200 100 0 1980 1985 1990 年份 1995 2000 2005
● 美国煤层气 ● 中国煤层气
美国1976年打出第一口商业性煤层气井，1981年初步实现煤 层气的工业性生产；1983年煤层气产量为1.7亿立方米，到2002年 建成煤层气井20000余口，煤层气产量达453亿立方米，占全美天 然气供应量的7.8％。20年间煤层气产量增加了265倍。 美国已建立起完善的煤层气工业体系
欠平衡钻井技术有效保护煤储层
钻井流体液柱压力低于地层孔隙压力，有利于保护煤层； 大幅度地提高机械钻速，避免钻井液漏失和粘附卡钻事故，降低综合钻井成本。
压风机 增压机 压力表 水平井排气口
1
#
2
#
1
#
2
#
集气管汇
流量计 单流阀
9 5/8”表套× 32.26m 气液两相流 封隔器 458.12-459.5
煤层气利用新领域 煤层气汽车

压缩煤层气 煤层气液化 通风瓦斯利用 低浓度瓦斯利用
瓦斯液化工厂
三、国内外煤层气开发现状与前景
由于洁净能源、煤矿安全、环境保护等多重效益，自 20世纪70年代以来，煤层气日益受到各个国家的重视。 美国是世界上最早、也是目前唯一实现煤层气工业性 开发的国家。 在美国先例的带动下，中国、加拿大、澳大利亚、英 国、俄罗斯等30余个国家先后进行煤层气开发试验。但均 未进入工业性开发阶段。 中国是开发试验工作较多、并取得一定进展的国家。
40 30 20 10 0 ½ Ï Â É
(31)
£ Ï º É (8)
½ Ï Â É (30)
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我国煤层气与常规天然气资源量比较
■中东部煤层气资源巨大，可缓解发达区能源紧张状况
煤层气
74.6％资源
常规天然气
66％资源 75％探明储量
约23.4万亿方
分布在中东部
53％产量
分布在中西部
寿 阳（煤田地质局），潘 庄（晋城矿务局） 樊 庄（中石油），枣 园（中联）
临 兴(PHILLIPS)，柳 林（华北石油地质局）
三 交(TEXACO)，碛 口(TEXACO)
大 城（中石油），淮南新集( “九五”攻关项目)
淮 北(TEXACO)，阜新刘家（阜新市）
其中潘庄、枣 园、阜新刘家三个井组正在进
煤层气是最现实的接替能源
我国煤层气(煤矿瓦斯)利用进展缓慢。2005年，全国利 用量约10亿立方米。煤矿瓦斯利用主要集中在抽采量高的国 有重点矿区。地面钻井抽采利用，主要集中在山西沁水枣园 井组、辽宁阜新刘家井组、晋城潘庄、山西沁南潘河项目等， 采取管汇车运输销售，供周边地区使用。 目前，煤层气主要用于民用和工业用燃料、发电、汽车 燃料、生产炭黑等。其中，瓦斯发电发展较快，至2005 年底， 全国瓦斯发电装机容量约20 万千瓦。生产瓦斯燃气发电机组 的国内主要生产厂家有：山东胜利油田动力机械设备厂、济 南柴油机厂、江苏南通宝驹集团等。工业瓦斯锅炉的国内生 产厂家有：广东迪森、上海新业、青岛四方、太原绿威等。
1、鄂尔多斯盆地 面积：37万平方公里 资源量：10万亿立方米 煤层：C-P，T-J 构造：相对稳定 煤层埋深：1000米左右
韩城地区
位于陕西省渭南市境内，可供煤层气勘探 开采的区块面积约4350平方公里，1500米 以浅面积1850平方公里，其地质资源量约
2200亿立方米
收集煤炭钻孔400余口，完成二维地震703 公里，完成35口煤层气井
中国255口煤层气井按投资主体的分布
“多井低产”是主要特点
截至2008年底，全国煤层气累计钻井2600余口 沁水盆地的煤层气井数约为2000口，占全国总钻井数的80% 直井一般为2000方/日，水平井一般为20000方/日
中国煤层气钻井数增长趋势
1073 1000 800 600 400 200 0
煤层气 工业的发
煤层气工业
经改造的钻井和完井工艺技术 改进的增产强化措施 新的生产操作方法 特殊的气藏模型
展与国家
能源安全 和可持续
发展战略
息息相关
煤炭工业
安全方面的原因 - 通风 - 井下水平钻孔抽放 - 采动区井抽放
适应于煤层的新技术
常规天然气工业
绕过煤层进入深部气藏
曲解了煤层产气的机理
025071班
《煤及煤层气地质学》
（煤层气部分）
吴立群
资源学院煤工系
一、中国煤层气分带
煤层气资源丰富
5大煤层气聚集区、
45个聚煤盆地、119个 勘探目标，煤层气勘探 区总面积41.5万km2， 2000m以浅总资源量 36.81万亿m3 ，可采资 源量约10.9万亿m3（新 一轮国土资源大调查）
煤层气开发技术
煤层气成藏模拟技术
快速解吸技术
绳索式取心技术
成藏物理模拟技术，发明专 利，200410074732.1
含气量测定实验由60天 缩短为2天
1000m 井深从井底割心到 地面装罐仅用7分钟
32
应用空气钻井技术，有效缩短钻井周期
优 势
车载顶驱空气钻机：T685
空气钻井改造的轻型2000型钻机
钻井数（口）
796
270 5 10 10 7 18 29 18 17 39 28 23 20 14 10 59
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 年份（年）
缓慢的初始解吸和相对渗透率效应产生“负的气 下降曲线”。在经过几月或几年的排水（降压）后， 气产量增加。这一脱水期延长了项目投资回收期。
常规储层
气体充填孔隙
砂颗粒
气 产 量
常规天然气
回收期
生产时间
煤层
端割理
气 产 量
含微孔隙的煤基质块
煤层气
回收期
生产时间
© ×Ô Á £ 1012m3£ Ê´ ¿ ¨
6
二、煤层气应用前景
常规油气资源与非常规油气资源分类表
常规油气资源
石油、天然气
煤层气、油页岩、油砂以及水溶 非常规油气资源 气、页岩气、天然气水合物等
各项 1、埋深 2、资源量计算 3、勘探开发开发 模式 4、储气方式
常规气藏 有深有浅，一般大于1500米 不可靠 滚动勘探开发或先勘探后开发 圈闭，游离气
●
单井和井组获得工业性气流
华北石油地质局在河东煤田柳林施工的 7口煤层气井，是我国第一个煤层气井网，单 井最高日产量为7050m3/d（煤柳5井） 1999年初由中联公司在潘庄地区施工的 TL-007井日产量达16303m3，是我国第一突破 日产15000m3的高产煤层气井
●百度文库
建成煤层气井组12个
探明含气面积42平方公里；地质储量51亿
立方米 先导试验井组11口，单井平均日产气量超 过2000方
2、沁水盆地
面积：3.8万平方公里
资源量：4万亿立方米
煤层：C-P， 构造：相对稳定
煤层埋深：800米左右
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晋城无烟煤中煤层气开发成功
晋城矿务局建设的潘庄煤层气开发试验井网
的潘2＃井，在8个多月的排采过程中，累计产水